基于“The all-on-3 concept”以不同角度植入遠(yuǎn)中傾斜種植體的種植固定全口義齒修復(fù)模型各部件應(yīng)力峰值

楊凱文，劉艾芃，趙婭琴，譚桂蓮，李鴻宇，王注力，鄧文正

1 廣西梧州市紅十字會(huì)醫(yī)院口腔科，廣西 梧州 543002；2 右江民族醫(yī)學(xué)院

目前，使用種植牙修復(fù)缺失牙已經(jīng)發(fā)展為成熟 治療方案［1］，但全口無牙頜患者尚無一個(gè)理想的種植修復(fù)方案。不同種植體數(shù)量、種植體傾斜度和上部修復(fù)方式組合出多種多樣的治療方案，因此最終方案取決于以患者為中心的需求和喜好，滿足患者的需求至關(guān)重要。“All-on-4”是為立即修復(fù)無牙頜而開發(fā)的一項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，最初由MALO 等［2］于2003年提出，因可以即刻修復(fù)及減少后牙區(qū)植骨手術(shù)及種植體數(shù)量，深受患者喜愛?！癆ll-on-4”需要4顆種植體，近中、遠(yuǎn)中各2顆，而且2顆遠(yuǎn)中種植體需要傾斜植入，且首選植入物長度在13～18 mm［3-4］，因此近遠(yuǎn)中種植體的根尖易發(fā)生沖突［5］。AYNA 等［6］于2020年提出了“The all-on-3 concept”，于下頜植入3 顆種植體，近中1 顆垂直植入，遠(yuǎn)中2 顆傾斜植入避開頦孔，術(shù)后即刻修復(fù)，效果滿意。這種設(shè)計(jì)通過減少近中的1 顆種植體，使得近遠(yuǎn)中種植體根尖擁有更大間距，且減少植入1 顆種植體，降低患者費(fèi)用及手術(shù)創(chuàng)傷。由于“The all-on-3 concept”較為新穎，與其相關(guān)的文獻(xiàn)較少，也未有學(xué)者對(duì)其遠(yuǎn)中種植體不同植入角度進(jìn)行生物力學(xué)分析。2020年2—10月，本研究通過有限元軟件對(duì)“The all-on-3 concept”遠(yuǎn)中種植體不同植入角度的模型進(jìn)行生物力學(xué)分析，研究遠(yuǎn)中種植體植入傾斜角度對(duì)各部件應(yīng)力分布的影響，并將其與“All-on-4”進(jìn)行對(duì)比，選取“The all-on-3 concept”遠(yuǎn)中種植體傾斜植入的最佳角度。

1 資料與方法

1.1 種植固定全口義齒修復(fù)模型建立 通過Mimics20.0（Materialise 公司，比利時(shí)）軟件讀取門診患者下頜骨及下頜6-6 牙列電子計(jì)算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)，生成立體光刻格式模型。使用Geomagic Studio（Geomagic 公司，美國）軟件對(duì)下頜骨及牙列進(jìn)行實(shí)體化，生成外周為1.5 mm骨皮質(zhì)包繞骨松質(zhì)的下頜骨及氧化鋯橋模型。根據(jù)NobelClinician（Nobel Biocare 公司，瑞士）中NobelActive RP 4.3×13 mm 及4.3×18 mm 種植體、普通復(fù)合基臺(tái)、17°和30°的角度復(fù)合基臺(tái)等模型數(shù)據(jù)，使用solidworks（Dassault Systemes 公司，美國）軟件建立對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型。近中垂直種植體使用NobelActive RP 4.3×13 mm 種植體，遠(yuǎn)中傾斜種植體使用NobelActive RP 4.3×18 mm種植體。近中垂直種植體均使用普通復(fù)合基臺(tái)，遠(yuǎn)中種植體傾斜角度為17°時(shí)使用17°角度復(fù)合基臺(tái)，傾斜角度為30°和45°時(shí)使用30°角度復(fù)合基臺(tái)。遠(yuǎn)中傾斜植入種植體與下牙槽神經(jīng)距離控制在2 mm。近遠(yuǎn)中種植體根尖保持3 mm 以上的安全距離。對(duì)下頜骨、種植體、基臺(tái)及氧化鋯橋裝配及各零件布爾運(yùn)算，完成裝配體。氧化鋯橋上的螺絲孔使用樹脂進(jìn)行封閉。根據(jù)諾貝爾廠家建議，NobelProcera?氧化鋯橋最大允許跨距長38.5 mm，最大允許延伸懸臂長16 mm，本次所有模型符合要求。最終形成3-17°、3-30°、3-45°、4-30°共4 組模型。3-17°組、3-30°組、3-45°組、4-30°組種植體數(shù)量分別為3、3、3、4 顆，遠(yuǎn)中傾斜種植體植入角度分別為17°、30°、45°、30°，修復(fù)體遠(yuǎn)中懸臂長度為14.7、12.8、9.6、12.8 mm，近中種植體與遠(yuǎn)中種植體間距分別為15.3、17.2、20.9、6.8 mm。

1.2 種植固定全口義齒修復(fù)模型各部件應(yīng)力峰值計(jì)算 ①種植固定全口義齒有限元模型建立和網(wǎng)格劃分：將各組立體光刻格式模型導(dǎo)入有限元軟件［ANSYS20.0（ANSYS 公司，美國）軟件］，用軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)應(yīng)力集中處進(jìn)行局部加密處理，以獲得更精準(zhǔn)的結(jié)果。②材料力學(xué)參數(shù)設(shè)置：根據(jù)以往的研究中所使用的材料力學(xué)參數(shù)，將其輸入到有限元模型中對(duì)應(yīng)的部件，純鈦［7］彈性模量110000 MPa、泊 松比0.35，皮 質(zhì)骨［8］分 別 為13700 MPa、0.30，松質(zhì)骨［9］分別為1370 MPa、0.30，氧化鋯［10］分別為220000 MPa、0.28，復(fù)合樹脂［11］分別為12000 MPa、0.25。③實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置：設(shè)置各材料為連續(xù)均值各向同性的線彈性材料［12］，種植體與牙槽骨完全骨結(jié)合，各部件定義綁定。對(duì)下頜骨底部以及髁突施加固定約束，加載方式分為垂直加載200 牛頓及頰側(cè)傾斜45°的傾斜加載200牛頓［13］，加載位置為右下第一前磨牙、第二前磨牙及第一磨牙的頰尖舌側(cè)面。④有限元模型各部件的應(yīng)力峰值計(jì)算：根據(jù)設(shè)定的參數(shù)及條件，使用ANSYS15.0 軟件對(duì)4 組模型進(jìn)行計(jì)算，以最大Von-Mises 力作為應(yīng)力峰值，統(tǒng)計(jì)兩種加載條件下各組模型各部件的應(yīng)力峰值，并進(jìn)行對(duì)比。

2 結(jié)果

兩種加載條件下4 組模型各部件的應(yīng)力峰值見表1，由表1 可知，在兩種加載模式下，3-45°組各部件最大應(yīng)力峰值出現(xiàn)次數(shù)最多、應(yīng)力分布最不均勻，其次為3-17°組和3-30°組，4-30°組在對(duì)比中未出現(xiàn)最大應(yīng)力峰值。

表1 兩種加載條件下4組模型各部件的應(yīng)力峰值（MPa）

3 討論

由于齲病和牙周炎等疾病導(dǎo)致牙列缺失的患者生活質(zhì)量受到極大的影響。缺牙不僅影響到患者的咀嚼效率，還會(huì)影響其外觀及發(fā)音，使用全口義齒恢復(fù)缺牙是常見的治療方法。若患者由于長期缺牙等原因?qū)е卵啦酃俏瘴s、咀嚼黏膜退化、牙槽嵴不平等，則會(huì)增大全口義齒的修復(fù)難度。此類患者的全口義齒固位和穩(wěn)定性往往較差，導(dǎo)致修復(fù)效果不佳，咀嚼效率低下［14］。上世紀(jì)七十年代以來，種植技術(shù)逐漸普及，為牙列缺失的患者帶來新的治療手段，種植修復(fù)咀嚼效率高、異物感小，如今越來越受到牙列缺失患者的青睞。

常規(guī)的種植手段盡管為許多牙列缺失的患者帶來福音，但是牙槽骨量不足的患者若采用常規(guī)種植修復(fù)，則可能需要進(jìn)行復(fù)雜的骨增量手術(shù)，甚至上頜竇提升手術(shù)［15］，其過程不僅治療周期長，費(fèi)用高，手術(shù)創(chuàng)傷也更大。為了減少牙列缺失患者的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，馬龍教授在2003年提出了”All-on-4”［2］，使用4 顆種植體共同支持固定修復(fù)，通過遠(yuǎn)中種植體的傾斜植入，避開了上頜竇和下牙槽神經(jīng)，無需進(jìn)行植骨和上頜竇提升等復(fù)雜的手術(shù)，臨時(shí)修復(fù)體當(dāng)天可以進(jìn)行負(fù)重?！盇ll-on-4”與傳統(tǒng)種植修復(fù)相比，大大地減少了治療的周期。但是由于植入角度和位置要求較高，因此”All-on-4”的技術(shù)敏感性也較高，常需要使用數(shù)字化導(dǎo)板及動(dòng)態(tài)導(dǎo)航等數(shù)字化技術(shù)輔助種植［16］。

3 顆種植體支持的固定全口義齒由BRANEMARK 等［17］于1999年首次提出，其手術(shù)需要特制導(dǎo)板及輔助定位孔植入三顆垂直種植，配合預(yù)制的支架進(jìn)行即刻負(fù)重。全口無牙頜即刻負(fù)重概念成為研究的熱點(diǎn)是在2003年馬龍?zhí)岢觥盇ll-on-4”以后，并且隨后大量無牙頜即刻負(fù)重研究便圍繞著”All-on-4”進(jìn)行［18-19］。雖然期間仍有少量學(xué)者對(duì)三顆種植體支持的固定全口義齒進(jìn)行研究［20］，但直到2020年MUSTAFA 等［6］才 提 出“The all-on-3 concept”?！癟he all-on-3 concept”與”All-on-4”十分相似，遠(yuǎn)中均采用傾斜植入種植體，避開頦孔區(qū)且減少遠(yuǎn)中懸臂，并且無需種植導(dǎo)板及預(yù)成的支架。與”All-on-4”相比，“The all-on-3 concept”擁有更小的手術(shù)創(chuàng)傷及更低的治療費(fèi)用，從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)看來，成功率也十分理想。但是“The all-on-3 concept”僅提及遠(yuǎn)中種植體使用13 至18 mm 之間種植體傾斜植入，并未對(duì)種植體植入角度進(jìn)行詳細(xì)分析。種植牙的長期成功和穩(wěn)定與種植體的生物力學(xué)息息相關(guān)，過大的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致種植部件機(jī)械并發(fā)癥的發(fā)生，甚至引起牙槽骨丟失和種植體周圍炎導(dǎo)致種植牙失敗。

本次實(shí)驗(yàn)是使用有限元法進(jìn)行研究和分析，有限元法目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于種植牙的生物力學(xué)分析［21］。該方法比模型實(shí)驗(yàn)需要更少時(shí)間和標(biāo)本成本，甚至提供了更詳細(xì)的結(jié)果，這些變化對(duì)于體外實(shí)驗(yàn)而言過于微小，甚至無法發(fā)現(xiàn)［22］。隨著計(jì)算機(jī)硬件的升級(jí)及有限元軟件的進(jìn)步，有限元分析法也變得更加準(zhǔn)確和高效。本實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，”All-on-4”的應(yīng)力分布最佳，這與ELSAYYAD 等［23］于2020年的研究結(jié)果相符合，其研究表明”All-on-4”應(yīng)力分布情況優(yōu)于“The all-on-3 concept”。”All-on-4”在兩種加載模式下，沒有出現(xiàn)最大應(yīng)力峰值的情況，說明”Allon-4”的氧化鋯橋，基臺(tái)及修復(fù)螺絲比“The all-on-3 concept”發(fā)生機(jī)械并發(fā)癥的概率低?！癟he all-on-3 concept”在植入角度為17°時(shí)，由于能夠軸向傳遞咬合力，牙槽骨和種植體的應(yīng)力明顯低于其他組，但其過長的懸臂使得氧化鋯橋和基臺(tái)的應(yīng)力大大增加，這與過去的研究結(jié)果相符合［24］。LIU等［25］于2019年研究發(fā)現(xiàn)”All-on-4”遠(yuǎn)中種植體在植入角度為30°和45°時(shí)獲得優(yōu)于15°的應(yīng)力分布。但在“The all-on-3 concept”遠(yuǎn)中種植體植入角度為45°時(shí)應(yīng)力分布情況不理想，出現(xiàn)了6 次最大應(yīng)力峰值。推測由于“The all-on-3 concept”的近中種植體在牙槽骨前端，近遠(yuǎn)中2 顆植體距離較大，當(dāng)遠(yuǎn)中種植體傾斜角度過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致種植體間距過大，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中［26］。當(dāng)遠(yuǎn)中種植體植入角度為30°時(shí)，最大應(yīng)力峰值出現(xiàn)次數(shù)在“The all-on-3 concept”各組中最少。這說明植入角度為30°時(shí)，“The all-on-3 concept”獲得了良好的應(yīng)力分布，生物及機(jī)械并發(fā)癥發(fā)生的概率較低。

總之，“The all-on-3 concept”遠(yuǎn)中種植體植入角度為30°時(shí)應(yīng)力分布情況最佳，其次為17°，最差為45°，但“The all-on-3 concept”應(yīng)力分布情況略差于“All-on-4”。